Enquanto a salinização ameaça as fontes de água doce, investigadores da universidade estudam como um novo design de elétrodos pode facilitar a obtenção de água potável com menos consumo de energia e de forma mais sustentável O desenvolvimento da impressão 3D abriu novas possibilidades para combater a escassez de água potável em áreas costeiras, onde a infiltração de água salgada nos aquíferos representa uma ameaça crescente.
O aumento do nível do mar e as secas prolongadas, ambos agravados pelas alterações climáticas, agravam a escassez de água doce em muitas regiões costeiras. Em Portugal, a procura de água excede frequentemente a oferta, enquanto a infiltração de água salgada ameaça tornar as fontes de água potável impróprias para consumo. A professora da universidade concentrou-se no desenvolvimento de soluções inovadoras para garantir o abastecimento de água em áreas vulneráveis. Ela lidera o desenvolvimento de novas tecnologias destinadas a garantir o acesso à água através de soluções criativas e inovadoras para problemas ambientais.
Desionização capacitiva: eficiência energética e precisão
O protótipo criado pelo grupo utiliza impressão 3D para fabricar um dispositivo de dessalinização baseado na desionização capacitiva, uma tecnologia eletroquímica com alta eficiência para purificar água salgada. Ao contrário da osmose inversa, um método tradicional que utiliza membranas semipermeáveis e requer uma grande quantidade de energia, a desionização capacitiva remove os sais com a ajuda de elétrodos carregados.
«O método mais tradicional de remoção de sais da água é a osmose inversa, que utiliza uma membrana semipermeável para filtrar todos os sais e obter água doce. Este processo requer uma grande quantidade de energia para empurrar a água através dessas membranas, que, além disso, são geralmente muito caras» Em contraste, a desionização capacitiva funciona aplicando tensão a dois elétrodos. Quando a água salgada circula entre eles, os iões positivos são direcionados para o elétrodo negativo e os negativos para o positivo, sendo absorvidos pela superfície elétrica e deixando passar a água sem sal.
Este processo pode ser repetido até atingir o nível de pureza desejado e, como é reversível, os iões retidos podem ser libertados para reutilização do material. Li explicou que «a desionização capacitiva, por outro lado, remove os sais usando elétrodos carregados em vez de membranas». Este processo eletroquímico oferece uma maneira eficaz de separar os sais da água com menor consumo de energia e maior adaptabilidade do que os métodos tradicionais.
Materiais avançados e perspetivas de uso sustentável
A equipa desenvolveu materiais de carbono condutores com uma estrutura hierárquica e porosa, capazes de atingir 3000 metros quadrados por grama de superfície, o que equivale a seis ou sete campos de basquetebol por grama. Esta vasta superfície permite absorver quantidades significativas de sal num pequeno volume. Além disso, a proximidade entre os elétrodos é fundamental: uma distância menor reduz o tempo necessário para a migração dos iões e aumenta a eficiência do processo. Para otimizar este aspeto, o dispositivo está equipado com elétrodos interpenetrantes, nos quais os pólos positivo e negativo se entrelaçam, reduzindo a distância de difusão.
A impressão 3D desempenhou um papel fundamental na implementação deste design inovador. A equipa conseguiu imprimir protótipos a partir de materiais poliméricos e está agora a trabalhar na conversão dessas estruturas em carbono, mantendo uma elevada área específica. O objetivo é imprimir o dispositivo inteiro, em vez de montar os elétrodos separadamente, o que facilita a escalabilidade e a modularidade do sistema. «Também estamos a desenvolver a tecnologia de impressão 3D para melhorar o design e tornar a produção mais escalável e flexível», disse ele em um comunicado publicado pela Universidade
A obtenção de água potável para consumo humano é importante para a saúde pública e a sustentabilidade das áreas afetadas pelas alterações climáticas Este sistema foi especialmente desenvolvido para purificar água salobra com concentração de sal inferior à da água do mar. Isso permite que o processo funcione com menor consumo de energia e maior eficiência onde a salinização afeta os aquíferos costeiros. Como o dispositivo concentra o sal a níveis comparáveis aos da água do mar, a solução pode ser devolvida ao oceano sem impacto significativo no ambiente. O processo permite um funcionamento contínuo e sustentável, uma vez que os iões absorvidos são libertados através de um ciclo de lavagem, o que facilita a reutilização dos materiais.
